農(nóng)村低壓輸電線路雷電致災(zāi)診斷分析及防御對策

于尚友+高巍

摘 要 根據(jù)本溪市明山區(qū)高臺子鎮(zhèn)塔峪村五隊溝里5農(nóng)戶家時有發(fā)生用電設(shè)備遭到雷電損壞的事實，本文計算了與農(nóng)宅連接的低壓架空輸電線路設(shè)施年預(yù)計雷擊次數(shù)，計算表明農(nóng)村低壓架空輸電線路過長且沒有防雷措施，即增加了農(nóng)戶用電設(shè)備雷擊次數(shù)又加重了災(zāi)情；同時從雷擊通道感應(yīng)低壓架空輸電線路的機理進行了定性定量分析，可知農(nóng)村低壓輸電線路上的雷電感應(yīng)過電壓是造成農(nóng)戶用電設(shè)備損壞的主要原因；并提出了防御對策和措施。

關(guān)鍵詞 輸電線路；雷電過電壓；用電設(shè)備；防御對策

中圖分類號TM7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0192-02

本溪市明山區(qū)高臺子鎮(zhèn)塔峪村五隊是坐落在距本溪市內(nèi)20km左右的一條東低西高三面依山的山溝中，山坡主要生長著有油松、落葉松和柞樹等樹木，溝里溝外地表土為黃沙泥土質(zhì)，地下藏有鐵礦石，為云地間放電提供了有利條件。溝內(nèi)住有5農(nóng)戶，多年來，時有發(fā)生農(nóng)用生產(chǎn)設(shè)備、照明線路、家用電器、用電插座等遭到雷電不同程度的破壞和一遇強雷暴天氣時即使拔掉用電設(shè)備，插座也時時出現(xiàn)噼里啪啦的電火花現(xiàn)象。據(jù)姓史農(nóng)戶反映，在2012年7月份的一次雷暴天氣中，因廚房鼓風機的地上移動插座打火花損壞，點燃堆放其邊的紙削，好在家中有人及時撲滅。從這些災(zāi)情的現(xiàn)象看，是因雷電在輸電線路上產(chǎn)生高電壓影響所致。這些雷電災(zāi)害現(xiàn)在城市的樓房里是很少見的，為什么在邊遠的農(nóng)村住宅里卻時有發(fā)生呢？基于此因，本文根據(jù)本溪農(nóng)村電網(wǎng)輸配電線路防雷現(xiàn)狀，對農(nóng)村低壓架空輸配電線路雷電致災(zāi)機理和途徑進行分析，從中找出致災(zāi)主要影響因素，并提出防御對策和措施，這對完善農(nóng)村電網(wǎng)防雷建設(shè)，消除“盲區(qū)”安全隱患，提高農(nóng)村居民生活質(zhì)量、生產(chǎn)能力等都大有裨益，同時，也為供電主管部門和防雷業(yè)內(nèi)人士及農(nóng)村居民提供防雷參考。

1 本溪地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)防雷情況

根據(jù)本溪市發(fā)改委和本溪市供電公司提供的本溪農(nóng)網(wǎng)工程改造現(xiàn)狀資料，在“十二五”期間，用于農(nóng)網(wǎng)改造9.7億元。由于本溪地理環(huán)境是“八山一水一分田”的自然地貌，表現(xiàn)出明顯山區(qū)特色，受自然環(huán)境的影響和制約，農(nóng)村居民都是以分組單元方式分布在溝溝岔岔居住，增加了電網(wǎng)改造和防雷設(shè)施建設(shè)的難度；在防雷方面，10kV以上的中高壓輸配電線路都有較好的防雷措施，線路直擊雷防護采用避雷線，在各級變電所（或變壓器）的輸入和輸出端都裝設(shè)了跌落式熔斷器和避雷器，提高了電網(wǎng)供電可靠性。但380V/220V低壓輸配電線路至終端用電戶卻沒有防雷措施。這是否是造成邊遠的農(nóng)村居民（如塔峪村5農(nóng)戶）用電設(shè)備遭到雷電損壞，甚至釀成火災(zāi)的主要影響原因呢？這里，我們從低壓架空輸電線路雷電過電壓產(chǎn)生的機理進行解析。

2 低壓線路雷電致災(zāi)途徑及機理分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，常遭受雷電損傷的農(nóng)戶都是低壓架空輸電線路較遠的住戶，例如，塔峪村五隊，溝里居住5戶，照明用電距供電源遠的可達0.7km左右，近的也在0.5km左右，平時電壓偏低，但家用電器都曾遭到雷電的損壞或是只要電閃雷鳴，用電插座時常打火花，而離變壓器較近的農(nóng)戶（溝外戶）較少有這些現(xiàn)象，這表明，輸電線路長遭到雷電影響和侵害的機率就要高，那么，為什么輸電線路長易受雷害呢？雷電是如何通過低壓線路干擾和損害用電終端住戶的呢？下面從定性和定量的方法進行分析。

2.1 供電源至入戶線路長增大了雷擊次數(shù)

為了說明問題，這里我們可以根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》入戶設(shè)施年預(yù)計雷擊次數(shù)（N2）的計算方法來進行分析[ 1 ]。

計算式為：N2=Ng×Ae=（0.1×Td）×（Ae1+Ae2）（次/a）（1）

Ae1=2000×L×10-6 （km2） （2）

其中：Td為本地的年平均雷暴日數(shù)（本溪地區(qū)年平均雷暴日數(shù)Td=33.5d/a），Ae1為低壓架空電源線入戶設(shè)施的接收面積（km2），L是低壓架空電源線至入戶設(shè)施的距離（m）。由公式（1）、（2）可知，當不考慮Ae2的影響，對于同一地區(qū)N2的大小取決于Ae1，而Ae1的大小又取決于L。如塔峪村五隊，溝里居住5戶，L取700m，溝外住戶L取100m，其計算結(jié)果是：溝里居住的5農(nóng)戶家入戶設(shè)施年預(yù)計雷擊次數(shù)N2=4.7次/a，溝外住戶入戶設(shè)施年預(yù)計雷擊次數(shù)N2=0.67次/a，溝里居住的5戶入戶設(shè)施預(yù)計年雷擊次數(shù)是溝外住戶的7倍以上，因此，低壓架空輸電線路過長易受雷擊，在沒有防雷措施的情況下，農(nóng)戶用電設(shè)備遭到雷電損傷的次數(shù)就越多。

2.2 低壓架空輸電線路雷電感應(yīng)過電壓及強度

根據(jù)塔峪村五隊周圍地理環(huán)境分析，線路遭到直擊雷襲擊的可能性很?。ㄒ蚣芸站€路低于周邊的樹木），大多數(shù)是由感應(yīng)雷致架空輸電線路上產(chǎn)生很高的過電壓。感應(yīng)雷使低壓線路產(chǎn)生過電壓和過電流主要有2種形式，一是雷云內(nèi)、雷云間和雷云對地放電時產(chǎn)生的脈沖磁場交鏈于有導(dǎo)線，桿塔和大地構(gòu)成的回路，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓；二是雷云與低壓線路、雷擊通道與低壓線路靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓。在線路上的雷電感應(yīng)過電壓中，靜電感應(yīng)分量起主要作用[2，3]，電磁感應(yīng)分量約為靜電感應(yīng)的1/5[4，5]。因此，這里僅分析雷擊通道與低壓線路靜電感應(yīng)過電壓的分量。

2.2.1 雷擊通道與架空線路導(dǎo)線的靜電感應(yīng)機理

現(xiàn)以最常見的負地閃放電過程來說明架空線路上感應(yīng)電荷和過電壓的產(chǎn)生機理。當雷雨云發(fā)展一定階段時，雷雨云底部出現(xiàn)較強的負荷電中心并與對應(yīng)的地面物（樹木、房屋、導(dǎo)線等）形成垂直向上的強電場，當云地間的電場發(fā)展極強時，在雷云底部和地面突出物上出現(xiàn)下行先導(dǎo)和上行先導(dǎo)。雷云底部的下行先導(dǎo)每向地面伸展時，都向先導(dǎo)通道內(nèi)攜帶了大量負電荷，這些大量的負電荷將在最靠近其前端的一段架空導(dǎo)線上感應(yīng)出正電荷，在回擊尚未發(fā)生時，導(dǎo)線上的大量正電荷將受到先導(dǎo)通電中的負電荷的束縛，不能自由運動，而導(dǎo)線上的負電荷則被排斥向兩側(cè)運動，經(jīng)線路的泄漏電導(dǎo)和電網(wǎng)的中性點進入大地。當下行先導(dǎo)到達近地面（擊距）時，回擊（云地放電）發(fā)生，先導(dǎo)通道中的負電荷被迅速中和，這時，導(dǎo)線上的正電荷失去了束縛瞬時向兩側(cè)運動，故形成了過電壓波。由于回擊放電的速度很快，導(dǎo)線上的正電荷被釋放的時間也很短，所以，導(dǎo)線上的過電壓波幅值很高，這對線路上的電氣設(shè)備破壞性是極強的。

2.2.2 低壓架空輸電線路雷電感應(yīng)過電壓的強度

式中，U0-導(dǎo)線雷電感應(yīng)過電壓幅值（kv）；k-系數(shù)，當s﹥65m時，一般取值為25Ω；Im-雷電流幅值（kA）；s-雷擊點到導(dǎo)線懸掛處的水平距離（m）；hd-導(dǎo)線對地的懸掛高度（m）。（1）式在工程上適于s﹥65m時的估算。（2）式可用在雷擊大地，且無上行先導(dǎo)發(fā)生的情況下，當s﹤65m時雷電感應(yīng)過電壓的計算式。在（1）式中，若取雷電流幅值Im=50kA，s=100m，hd=10m，則有U0=125kV；在（2）式中，若取雷電流幅值Im=50kA，s=60m，則有U0=207kV。在輸電線路上產(chǎn)生這么強的雷電感應(yīng)過電壓即使通過了前邊端桿的絕緣子閃絡(luò)放電的衰減，但侵入到末端的農(nóng)戶家里時也是極高的。我們知道，空氣的擊穿臨界場強是500kV/m（5kV/cm），電器插座、家電設(shè)備及電子設(shè)備的耐沖擊電壓分別為4kV、2.5kV和1.5kV，由此可見，線路上的雷電感應(yīng)過電壓完全可以擊穿插座孔間的空氣進行高壓放電，并出現(xiàn)噼里啪啦的電火花，也可擊毀絕緣不好的用電插座、以及與其相連的用電設(shè)備和家電。

3 防御對策和措施

由上述分析可知，農(nóng)戶家入戶設(shè)施的架空線路年預(yù)計雷擊次數(shù)達4.7次/a，由于低壓輸電線路長且又沒有防雷措施，使雷電過電壓波在線路上“暢通無阻”，這樣，會造成農(nóng)戶用電設(shè)備損傷次數(shù)也要達4.7次/a。因此，對農(nóng)村低壓輸配電線路頻遭受雷擊并致農(nóng)戶財產(chǎn)損失的地域應(yīng)設(shè)有防雷措施和防御對策。

1）電力主管部門在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中，在考慮主網(wǎng)供電穩(wěn)定和安全的同時，也要根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T提供的雷電密度分布情況、供電線路距離長短和實際發(fā)生雷電災(zāi)情頻數(shù)等實際情況來考慮末端農(nóng)戶用電的防雷安全，不要因沒有相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，就棄之不為。要廣泛調(diào)查，科學(xué)評估，實事求是，進而采取可行的防雷措施。

2）在防雷措施上，可鑒戒城市樓房入戶前后的防雷做法?？稍谟秒娪嬃勘砬昂笾寥胝囊欢尉€路上采取防雷措施，可將這段線路改為金屬鎧裝電纜架設(shè)（或在環(huán)境允許的條件下最好埋地鋪設(shè)）并將電纜兩端的金屬外皮做接好地處理且符合相關(guān)防雷規(guī)定要求。采用的金屬鎧裝電纜長度應(yīng)大于15m。

3）在用電計量表前和入宅的交界處安裝符合技術(shù)參數(shù)要求的電涌保護器（SPD）并做好接地工作，實現(xiàn)1級和2級防雷保護。

4）雷電災(zāi)害頻發(fā)的類式農(nóng)戶應(yīng)極時地把情況反映到鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級政府和電力部門，以為防雷決策和設(shè)計提供依據(jù)。

5）希望農(nóng)戶對家中的線路要經(jīng)常檢查，有老化或破損現(xiàn)象要及時更換；用電插座一定要買質(zhì)量好的產(chǎn)品；插座下面不要堆放易燃易爆物，避免因插座擊壞火花下落釀成火災(zāi)。

6）在沒有防雷措施的情況下，遇有強雷暴天氣時，最好的辦法是隔斷雷電高電壓波侵入的路徑，這不僅要把所有用電設(shè)備拔離電源，最好從入宅總電源處拉閘斷電（電話線、電視接收天線同時也要拔掉）。

參考文獻

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